LED點陣廣告牌設(shè)計

/第1章緒論1.1LED的發(fā)展及意義隨著社會文化的不斷發(fā)展，人們的消費標準不斷變更，戶外燈箱廣告更是扮演著越來越重要的宣揚角色，不論是汽車站，火車站，股市交易市場，還是學校都離不開它，然而傳統(tǒng)的霓虹燈廣告牌不論是在顯示效果、耗電量還是可修改性上都無法滿意當前社會的需求，傳統(tǒng)的霓虹燈廣告亟待改進。

由于單片機技術(shù)的不斷發(fā)展和高亮度LED發(fā)光管的出現(xiàn)使得大屏幕高亮度LED電子廣告屏成為可能，和傳統(tǒng)的霓虹燈廣告在顯示效果以及可修改性上都有著無法比擬的優(yōu)勢，而且單片機的日益平民化以及LED技術(shù)的不斷創(chuàng)新，使得高亮度高清楚的LED點陣廣告牌和傳統(tǒng)霓虹燈廣告牌的成本日益接近。另外，SMT技術(shù)的飛速發(fā)展，開關(guān)電源的大規(guī)模運用，使其無論在體積上還是在牢靠性上都比傳統(tǒng)的霓虹燈廣告有明顯的優(yōu)勢，為其在特殊領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

這種新興的大屏幕顯示技術(shù)成為眾人目光的焦點。和傳統(tǒng)的顯示設(shè)備相比，首先，LED

顯示屏色調(diào)豐富，3基色的發(fā)光管的可以顯示全彩色，顯示顯示方式變更多樣（文字、圖形、動畫、視頻、電視畫面等）、亮度高，是集光電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體的高技術(shù)產(chǎn)品，可用來顯示文字、計算機屏幕同步的圖形。其次，LED顯示屏的象素采納LED發(fā)光二極管，將多個發(fā)光二極管以序列的形式構(gòu)成LED顯示陣列，這種顯示屏具有耗電省、成本低、亮度清楚度高、壽命長等優(yōu)點，而且LED顯示屏以其受空間限制較小，并可以依據(jù)用戶要求設(shè)計屏的大小，具有全彩色效果，視角大，是信息傳播設(shè)施劃時代的產(chǎn)品。再次，LED顯示屏應(yīng)用廣泛，金融證券、銀行利率、商業(yè)廣告、文化消遣等方面，顯示效果清楚穩(wěn)定，越來越多的地方起先運用LED電子顯示屏，有巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。它以其超大畫面、超寬視覺、敏捷多變的顯示方式等獨居一格的優(yōu)勢，是目前國際上運用廣泛的顯示系統(tǒng)。1.2LED顯示屏的發(fā)展趨勢自從1907年H·j·Round發(fā)覺了金剛砂通電之后可以出現(xiàn)發(fā)光的現(xiàn)象并繼此由后人獨創(chuàng)了發(fā)光二極管，已經(jīng)過去了一個多世紀。一個多世紀以來，LED技術(shù)得到了很大的發(fā)展。早先的LED是單個的發(fā)光管，結(jié)構(gòu)比較簡潔。通過單向?qū)щ姷姆绞近c亮發(fā)光，到了二十一世紀，顯示技術(shù)將是平板顯示的時代，LED顯示屏作為平板顯示的主導產(chǎn)品之一無疑會有更大的發(fā)展，有可能成為這個世紀的顯著代表性主流產(chǎn)品。亮度高，多彩化藍色及純綠色LED產(chǎn)品自出現(xiàn)以來，成本逐年快速降低，已具備成熟的商業(yè)化條件，基礎(chǔ)材料的產(chǎn)業(yè)化。使LED全彩色顯示產(chǎn)品成本下降，應(yīng)用加快。LED產(chǎn)品性能的提高，使全彩色顯示屏的亮度，色調(diào)，白平衡均達到比較理性的效果。它的發(fā)展前景極為廣袤，但是由于LED顯示屏限制較困難，特殊是對于顯示特殊效果，如循環(huán)移動，覆蓋霓虹燈效果，要求處理器運算速度快，這姓效率高，所以限制起來很麻煩，因此許多生產(chǎn)廠家采納高端嵌入式系統(tǒng)進行設(shè)計，這樣做雖然能在肯定程度上提高數(shù)據(jù)處理速度，但是并不能完全滿意全部顯示效果要求，而且開發(fā)和產(chǎn)品成本也會隨之成倍增加，由于LED技術(shù)的快速發(fā)展，有許多已經(jīng)超出在校生所接觸到的學問范圍，所以本設(shè)計旨在利用最簡潔主要的單色屏顯示演示LED屏的工作過程和原理。第2章總方案設(shè)計2.1系統(tǒng)硬件設(shè)計限制部分是整個系統(tǒng)的核心部分利用單片機進行限制，顯示部分顯示內(nèi)容利用LED點陣顯示內(nèi)容，還有驅(qū)動器驅(qū)動電路利用74LS245驅(qū)動電路。1.單片機單片機是集成了CPU，ROM,RAM,I/O的微型計算機。它有很強的接口性能，特別適合于工業(yè)限制，因此又叫微限制器（MCU）,單片機品種齊全，型號多樣CPU,從8，16，32到64位，多采納RISC技術(shù)，片上I/O口特別豐富，有的單片機集成有A/D“看門狗”，PWM,顯示驅(qū)動，函數(shù)發(fā)生器，鍵盤限制等，他們的價格也凹凸不等。這樣極大地滿意了開發(fā)者的選擇自由。除此之外單片機還具有低電壓和低功耗的特點。2.LED點陣顯示屏LED顯示屏是由一個一個的發(fā)光二極管點陣構(gòu)成的。要構(gòu)成大屏幕的LED顯示屏就須要多個發(fā)光二極管，構(gòu)成LED屏幕的方法有兩種，一種是由單個的發(fā)過二極管逐點連接起來，一種是選用一些由單個發(fā)光二極管構(gòu)成的LED點陣子模塊構(gòu)成大的LED點陣模塊。在這次設(shè)計中運用的是8×8模塊。2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計利用軟件編寫程序，軟件的編寫須要借助軟件編輯器和編譯軟件，編譯完成后還須要下載到單片機中執(zhí)行。編寫程序前首先選擇一種合適的語言以及配套的編輯器和編輯軟件。現(xiàn)在選擇單片機編程語言進行編譯。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1整體模塊設(shè)計本設(shè)計驅(qū)動電路，顯示器電路，運用單片機的限制電路?？傮w結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖3-1所示。 單片機單片機驅(qū)動電路8×8點陣LED顯示器電路圖3-1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計3.2單片機限制電路單片機簡介1.STC89C52單片機的主要特性如下：

STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃耀可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采納ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，和工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃耀存儲器組合在單個芯片中，STC的STC89C52是一種高效微限制器，為許多嵌入式限制系統(tǒng)供應(yīng)了一種敏捷性高且價廉的方案，STC89C52芯片引腳圖如圖3-2所示。圖3-2STC89C52芯片引腳圖2.STC89C52具體介紹如下：

(1)主電源引腳（2根）

VCC(Pin40)：電源輸入，接＋5V電源。GND(Pin20)：接地線。(2)外接晶振引腳（2根）

XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端。XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端。(3)限制引腳（4根）

RST/VPP(Pin9)：復位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機器周期的高電平將使單片機復位。

ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號。

PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號。

EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，假如接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。

(4)可編程輸入/輸出引腳（32根）

STC89C52單片機有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個口有8位（8根引腳），共32根。

PO口（Pin39～Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0～P0.7。P1口（Pin1～Pin8）：8位準雙向I/O口線，名稱為P1.0～P1.7。

P2口（Pin21～Pin28）：8位準雙向I/O口線，名稱為P2.0～P2.7。P3口（Pin10～Pin17）：8位準雙向I/O口線，名稱為P3.0～P3.7。P0口到P3口各個功能P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復制用口，作為輸入口時，每位能汲取電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫入“1可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序內(nèi)存時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期啟動內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，PO口接收指令節(jié)，而在程序校檢時，輸出指令位元組，校檢時，要求外接上拉電阻。

P1口：P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（汲取或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對埠寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把埠拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流I。Flash編程和程序校檢期間，P1接收低8位地址。

P2口:P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（汲取或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對埠寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把埠拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流I。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX@RI指令）時，P2口在線的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不變更。Flash編程和校檢時，P2亦接收高位位址和其它限制信號。

P3口：P3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（汲取或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作輸入埠，作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻，輸出電流I。P3口還接收一些用于Flash閃速內(nèi)存編程和程序校檢的限制信號。

RST:復位輸入，當震蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。

ALE/PROG：當訪問外部程序內(nèi)存或數(shù)據(jù)存儲器時,ALE(地址鎖存允許）輸出脈沖用于所存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部內(nèi)存，ALE乃以時鐘振動頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要留意的是:每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。下表為單片機的主要功能特性表3-1表3-1主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可反復擦寫FlashROM32個雙向I/O口256×8bit內(nèi)部RAM3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷時鐘頻率0-24MHZ2個串行中斷可編程UART串行通道2個外部中斷源共6個中斷源2個讀寫中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能單片機最小系統(tǒng)設(shè)計STC89C52單片機最小系統(tǒng)電路由復位電路、晶振電路兩部分組成。1．晶體振蕩器(1）時鐘晶振電路單片機XTAL1腳和XTAL腳是外部接晶振的兩個引腳，通常在接一個晶振的同時要在晶振的兩個腳接兩個電容，這兩個電容叫晶振的負載電容，分別接在晶振的兩個腳上和對地的電容，一般在幾十皮法。它會影響到晶振的諧振頻率和輸出幅度，使晶振頻率更加穩(wěn)定。本設(shè)計中，單片機晶振采納12MHz的頻率，以獲得較高的刷新率，使顯示更加穩(wěn)定。如圖3-3所示為單片機的時鐘晶振電路原理圖。圖3-3單片機的時鐘晶振電路原理圖(2）復位電路

本設(shè)計采納上電復位的方式實現(xiàn)復位。上電復位電路由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成，由圖3-4所示，并結(jié)合“電容電壓不能突變”的性質(zhì)，可以知道：當系統(tǒng)一上電，RST腳將會出現(xiàn)高電平，這個高電平持續(xù)的時間由電路的RC值來確定。典型的51單片機當RST腳的高電平持續(xù)兩個機器周期以上就將復位。所以我們只要適當組合RC的取值就可以保證牢靠的復位。一般文獻舉薦C取10uF，R取10K。本設(shè)計中我們采納C取22uF，R取10K歐姆。圖3-4單片機的復位電路原理圖3.3驅(qū)動電路設(shè)計74LS245簡介圖3-574LS245芯片引腳圖74LS245是我們常用的芯片，如圖3-574LS245芯片引腳圖所示。用來驅(qū)動LED或者其他的設(shè)備，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)，74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。

1.當8051單片機的P0口總線負載達到或超過P0最大負載實力時，必需接入74LS245等總線驅(qū)動器。

2.當片選端/CE低電平有效時，DIR=“0”，信號由B向A傳輸；（接收）

3.DIR=“1”，信號由A向B傳輸；（發(fā)送）當/CE為高電平常，A、B均為高阻態(tài)。由于P2口始終輸出地址的高8位，接口時74LS245的三態(tài)限制端/1G和/2G接地，P2口和驅(qū)動器輸入線對應(yīng)相連。

P0口和74LS245輸入端相連,/E端接地，保證數(shù)據(jù)現(xiàn)暢通。STC89C52的/RD和/PSEN相和后接DIR，使得/RD或/PSEN有效時，74LS245輸入（P0.i←Di），其它時間處于輸出（P0.i→Di）。3.4顯示電路LED簡介LED是發(fā)光二極管英文LightEmittingDiode的縮寫格式，LED器件種類繁多，早期的LED產(chǎn)品是單個發(fā)光管，隨著數(shù)字化設(shè)備的出現(xiàn)，LED數(shù)碼管和字符管得到了廣泛的應(yīng)用，LED點陣等顯示器件的出現(xiàn)，適應(yīng)了信息化社會發(fā)展的須要，成為了大眾傳媒的重要工具。

LED發(fā)光燈按類型可以分為單色發(fā)光燈、雙色發(fā)光燈、三色發(fā)光燈、面發(fā)光燈、閃耀發(fā)光燈、電壓型發(fā)光燈等；按發(fā)光強度可分為一般亮度發(fā)光燈、高亮度發(fā)光燈、超高亮度發(fā)光燈等；

LED發(fā)光燈結(jié)構(gòu)如圖3-6所示，它由芯片3、陽極引腳1、陰極引腳2和環(huán)氧樹脂封裝外殼四部分組成。它核心部分是具有復合發(fā)光功能的PN結(jié)，即芯片3。環(huán)氧樹脂封裝外殼具有愛護芯片的作用，還有透光聚光的實力，以增加顯示效果。圖3-6LED發(fā)光燈結(jié)構(gòu)圖LED點陣顯示具有如下特點：

1.電壓：LED運用低壓電源，供電電壓在6-24V之間，依據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一種比運用高壓電源更平安的電源。

2.效能：消耗能量比同光效的白熾燈削減80%。

3.適用性：每個單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種形態(tài)的器件，并且適合于易變的環(huán)境。

4.穩(wěn)定性：10萬小時，光衰為初始的50%。

5.響應(yīng)時間：其白熾燈的響應(yīng)時間為毫秒級，LED燈的響應(yīng)時間為納秒級。6.對環(huán)境污染：無有害金屬汞。

7.顏色：變更電流可以變色，發(fā)光二極管便利地通過化學修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙，實現(xiàn)紅黃綠蘭橙多色發(fā)光。

LED點陣

隨著LED應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，要求生產(chǎn)更為干脆和便利的LED顯示器件。因而出現(xiàn)了數(shù)碼管、字符管、電平管、LED點陣等多種LED顯示器。不管顯示器的結(jié)構(gòu)怎么變，它的核心部件仍舊是發(fā)光半導體芯片。

一個8×8的點陣是由64個發(fā)光二極管按一個規(guī)律組成的。如圖3-7所示為8×8點陣模塊（a）正面，（b）反面。行接低電平，列接高電平，發(fā)光二極管導通發(fā)光。（a）正面（b）反面圖3-78×8點陣模塊LED顯示設(shè)計及原理1.LED點陣顯示設(shè)計本設(shè)計采納ATMEL公司的STC89C52作矩陣顯示限制系統(tǒng)限制核心，12MHZ晶振,8×8點陣共陽LED顯示器。其中，P0口作為字符數(shù)據(jù)輸出口,P2口為字符顯示掃描輸出口,第31腳(EA)接電源，本設(shè)計LED矩陣顯示器電路用8×8點陣模塊，系統(tǒng)由單片機限制。LED顯示屏是將發(fā)光二極管按行按列布置的，在掃描驅(qū)動方式下可以按行掃描按列限制，也可以按列掃描按行限制。本文就是運用1塊8×8點陣，采納按列掃描按行限制限制方式，掃描依次自左向右，以滿意漢字顯示的要求。8×8點陣等效電路圖如圖3-8所示。圖3-8等效電路圖2.LED顯示原理LED點陣顯示系統(tǒng)中各模塊的顯示方式：有靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示原理簡潔、限制便利，但硬件接線困難，在實際應(yīng)用中一般采納動態(tài)顯示方式，動態(tài)顯示采納掃描的方式工作，由峰值較大的窄脈沖電壓驅(qū)動，從上到下逐次不斷地對顯示屏的各行進行選通，同時又向各列送出表示圖形或文字信息的列數(shù)據(jù)信號，反復循環(huán)以上操作，就可顯示各種圖形或文字信息。

點陣式LED漢字廣告屏絕大部分是采納動態(tài)掃描顯示方式，這種顯示方式奇妙地利用了人眼的視覺暫留特性。將連續(xù)的幾幀畫面高速的循環(huán)顯示，只要幀速率高于24幀/秒，人眼看起來就是一個完整的，相對靜止的畫面。在電子領(lǐng)域中，因為這種動態(tài)掃描顯示方式極大的縮減了發(fā)光單元的信號線數(shù)量，因此在LED顯示技術(shù)中被廣泛運用。

第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計

4．1程序流程圖設(shè)計點陣式顯示有多種形式，例如，固定顯示，閃耀顯示，滾動顯示，交替顯示等，先從最簡潔的固定顯示一個字符做起，程序設(shè)計的思路為：由上到下或由下到上首先選中8×8LED的某一行，然后通過查表指令得到這一行要點亮狀態(tài)所對應(yīng)的字形碼，將其送到列限制端口；延時約1ms后，選中下一行，在傳送該行對應(yīng)的顯示狀態(tài)字形碼；延時后再重復上述過程直至8行均顯示一遍，時間約為8ms；然后再從第一行起先循環(huán)顯示。逐行掃描顯示過程示意圖如圖4-1所示,一個掃描周期第1行顯示，其他7行熄滅，時間約為1ms第1行顯示，其他7行熄滅，時間約為1ms第2行顯示，其他7行熄滅，時間約為1ms第3行顯示，其他7行熄滅，時間約為1ms第4行顯示，其他7行熄滅，時間約為1ms第5行顯示，其他7行熄滅，時間約為1ms第6行顯示，其他7行熄滅，時間約為1ms第7行顯示，其他7行熄滅，時間約為1ms第8行顯示，其他7行熄滅，時間約為1ms圖4-1逐行掃描顯示過程示意圖編制程序時為了使程序編寫的更加合理，首先將程序編寫的流程圖的繪制出來主限制流程圖如圖4-2所示。程序見附錄所示。起先起先設(shè)置表格首地址（DPTR）設(shè)置行，列初始值設(shè)置循環(huán)掃描次序（R7）選中某一行行值送相應(yīng)端口行值更新查表求該行顯示碼型查示碼型送相應(yīng)端口更新查表地址延時1ms8行顯示完？NY4-2主限制流程圖第5章系統(tǒng)調(diào)試硬件制作和軟件編寫過后，得出實物圖如圖5-1硬件正面圖，圖5-2硬件反面圖所示。實物完成后必需對其進行調(diào)試，檢查設(shè)計功能是否實現(xiàn)了。軟件硬件完成以后起先進行調(diào)試。調(diào)試可分為硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試。圖5-1實物圖硬件正面圖圖5-2實物圖硬件反面圖系統(tǒng)硬件部分調(diào)試方法硬件調(diào)試主要是調(diào)試各部分的焊接是否合格和各芯片的輸入輸出電壓是否符合要求，最終測試各硬件部分能否完成設(shè)計功能。所以把硬件調(diào)試依據(jù)以下四部分進行：測試全部焊點是否有短路和虛焊的現(xiàn)象存在。通電測試全部硬件芯片的輸入輸出電壓是否在設(shè)計要求的范圍內(nèi)。結(jié)論本設(shè)計是一個8×8的點陣LED廣告牌，能夠在目測條件下LED顯示屏各點亮度勻稱、足夠，可顯示文字，顯示文字應(yīng)穩(wěn)定、清楚無串擾。文字顯示有靜止、移入移出等顯示方式。本設(shè)計設(shè)計了靜止顯示文字。本系統(tǒng)具有硬件少，結(jié)構(gòu)簡潔，簡潔實現(xiàn)，性能穩(wěn)定牢靠，成本低等特點。本設(shè)計了解了LED的發(fā)光原理和LED顯示屏的原理，了解了LED的現(xiàn)狀，通過對單片機資料的查閱和應(yīng)用，更進一步增加了對單片機學問的理解和運用實力。本文設(shè)計的LED顯示屏能夠?qū)崿F(xiàn)在目測條件下LED顯示屏各點亮度勻稱、足夠，可顯示文字本文列出了系統(tǒng)具體的硬件設(shè)計方案,軟件流程圖和具體匯編語言程序設(shè)計和調(diào)試等方面。通過這次課程設(shè)計，重新復習并進一步增加了動手的實力，學以致用，把只是運用到實際生活中才是根本目的。存在問題：當焊接電路板時，由于操作不嫻熟，簡潔產(chǎn)生許多的問題，例如焊點和焊點之間連到一塊導致短路，或烙鐵溫度過熱放置在板子上的時間過長把電路板燒壞，或者是把元件燒壞等等許多問題，因此操作時要特別謹慎。致謝在這次設(shè)計中老師寄予了我很大的幫助，在此我向老師說聲感謝，老師能在百